Magnetväljadesse on peidetud kummituslikud kujud.
Need pole valmistatud asjadest, nagu välk või valgusvihk. Valgustuspolt kannab üsna täpselt elektronide rühma taevast kuni maapinnani. Teie nägu tabav päikesepaiste koosneb enamasti samadest footonitest, mis rändasid päikesest miljoneid miile.
Kuid magnetväljad sisaldavad skyrmionideks nimetatud asju, mis erinevad elektronidest ja footonitest; skyrmion on üksteise ümber ringi liikuvate magnetvälja joonte sõlm. Liikudes ühest kohast teise, eraldab sektsioonion juba olemasolevatest magnetvälja joontest välja. Sõlm hoiab koos, kuna magnetvälja jooned takistavad üksteise läbimist. Ehkki skyrmionid on ebaolulised ja erinevad objektidest, millele oleme harjunud mõtlema, käituvad nad nagu käegakatsutavad asjad.
Füüsikud nimetavad neid skyrioone "poolosakesteks" ja kahtlustavad, et nad võivad seletada nähtusi nii erinevalt nagu kuuli välk ja aatomi tuumastruktuur. Nüüd näitasid teadlased uues artiklis, et skyrmionid saab üksteise sisse toppida, omandades täiesti uue kuju. Need ülespuhutud "skyrmion-kotid" on omaette põnevad objektid, kuid veidrad asjad võivad olla kasulikud ka futuristlikule arvutile, väitsid teadlased.
Pange nad kotti
Meeskond avalikustas skyrmioni kotid 1. aprillil ajakirjas Nature Physics ilmunud paberis. Tulemus tugineb kummituslike kvaasiosakeste ja tahke aine olulisele sarnasusele: antiosakeste olemasolu.
Nii nagu prootonitel on analoogsed antiprootonid, mis üksteisega kokkupuutel hävitavad, on skyrmionidel anti-pürmioonid.
"Antiskürmioon on skyrmion, kus kõik numbrid on ümber pööratud," ütles Inglismaa Birminghami ülikooli füüsik David Foster ja uue uuringu üks juhtivaid autoreid.
Niisiis, kui magnetvälja joon osutab skyrmionis põhja poole, siis see osutab antiskyrmioni lõunasse. Kuid antiskürmioonid ja skyrmionid tõrjuvad üksteist võimsalt. See osutus skyrmion-kottide ehitamise võtmeks, ütlesid teadlased.
"Kui ma võtan skyrmioni ja venitan selle natuke välja, võtan antüryrmioni ja panen selle keskele ... nad ei hävi. See on stabiilne konstruktsioon," rääkis Foster Live Science'ile.
Veelgi enam, teadlased mõistsid, et kui skyrmion on venitatud, saate selle sisse mahutada veelgi rohkem antüryrmioneid.
Ja see teostus avas Foster, et avas taas ukse kuueaastasele ideele skyrmionide tööle panemise kohta.
Skyrmioni salvestusruum
2013. aastal pakkus kolm teadlast välja ajakirjas Nature Nanotechnology teoreetilise "skyrmion hipodroomimälu seadme".
Mõte oli selles, et väikesed magnetilised mustrid võiksid pakkuda lahenduse arvutidisaini põhiprobleemile: elektritarbimisele.
"Kui arvestada vanaaegse kõvakettaga, mis on omamoodi ketrav ketas, võtab see palju energiat," sõnas Foster.
2013. aasta teadlaste kavandatud väikese energiatarbega asendamine võtaks arvesse asjaolu, et väga väike vool põhjustab magnetpinnal asuvate skyrmioonide kiiret kulgemist.
Võib-olla pakkusid need teadlased välja, et kui võtaksite pika õhukese magnetilisest materjalist riba (hipodroom) ja laadiksite selle sektsioonidega, siis saaksite kodeerida andmed magnetmaterjalile kvaasiosakeste vahelistesse lünkadesse. Magnetlugeja võib tõlgendada pikka lõhet eralduste vahel binaarsena 1 ja lühikese vahe näiteks binaarsena 0.
Salvestatud andmete taastamiseks võib elektrivool sektsioone ioniseerida magnetilise lugeja all edasi-tagasi. Skyrmionide edasi-tagasi liikumine mööda magnetpinda võtab väga vähe jõudu, nii et saadud seade võib olla väga tõhus.
Kuid ideel oli mõned põhiprobleemid, ütles Foster. Ehkki skyrmionid on üsna stabiilsed, ei ole lõhe nende vahel. Aja jooksul segavad magnetribade ebatäiused andmeid, kuna skyrmioonid liikusid edasi ja tagasi.
"Hulgad magnetväljad tulevad sisse. Ja see on nagu kiirusepunnid, mis ilmuvad ja kaovad. Ja kui need tühikud ilmuvad ja kaovad, on teie tahte vahelised lüngad kadunud," ütles Foster.
Kuidas kotid võiksid probleemi lahendada
Foster ütles, et tõeliselt huvitav asi on see, et skyrmion-kotid ei kaota aja jooksul ega magnetilistest kiiruspunnidest möödudes anti-pürmione.
Pange hipodroomiseadmesse hunnik skyrmioni kotte, kirjutasid uue uuringu teadlased ning arvuti võiks kodeerida ja hankida andmeid, mis põhinevad lugeja all liikuvate kotis olevate antiskyrmionide arvul.
"Minu kolleegid on tõesti põnevil mõttest, et võiksite ka sel viisil andmetihedust suurendada," sõnas Foster.
Kui tavaline arvutisalvestus tugineb ainult 1-le ja 0-le, võiks tema sõnul kasutada skyrmioni kotisüsteem 0, 1, 2, 3 ja nii edasi. See avaks ukse palju keerukamatele andmete kodeerimise vormidele, mis võiksid ruumi sisestada palju rohkem teavet kui traditsiooniline binaarne meetod.
Vedelkristalli test
Keegi pole veel suutnud magnetribale skyrioni kotti teha. Kuid pärast kontseptsiooni testimist arvutisimulatsioonide abil pöördusid Foster ja tema meeskond USA-s Colorado ülikooli teadlaste rühma poole, et tuua maailmas esimesed teadaolevad skyrmioni kotid.
Tavaliselt mõtlevad füüsikud skyrmionidest kui asjadest, mis eksisteerivad magnetväljades. Kuid osakesed võivad esineda ka teistes ainetes, näiteks vedelkristallid - joondatud, jäigad, varrastega sarnased molekulid -, mis täidavad teie sülearvuti ja mõnede mobiiltelefonide ekraanid.
Täpsuste "optiliste pintsettidega" joonistas Colorado ülikooli meeskond (eesotsas eksperimenteerija Ivan Smalõukh) vedelikkristallisse "eralduskotid", ütles labori füüsika magistriõppe üliõpilane Jung-Shen Tai.
Need skyrmion-kotid jäid kristalses aines kustutamatuks ja olid nähtavad, kui teadlased neid mikroskoopide abil piilusid. See (koos arvutisimulatsiooniga) on kindel tõendusmaterjal selle kohta, et skyrmion-kotid oleksid ka magnetides stabiilsed, ütles Foster.
Siiani pole keegi teatanud, et nad ehitaksid reaalse maailma võistlusraja salvestusseadmeid, rääkimata skyrmioni kottidesse toetuvatest salvestusseadmetest. Kuid selliseid seadmeid tuleb juurde, nõudis Foster.
"Ma tean juba, et inimesed töötavad toetuste nimel, et neid asju teha," ütles ta.
